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电子及自动化专业 外文翻译 开关模式中功率半导体的应用.doc 8页
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开关模式中功率半导体的应用
电能通常不会用在其生产或分布的形式。几乎所有的电子系统需要某种形式的能量转换。通过电路把电能从一个特定源转移到一个特定负载所用的设备称作为电源。
电源装置(PSU)的典型应用是将交流电转换成电子设备所需直流电。如今在电源装置，能量流通过不间断高频半导体开关来控制。这种装置被称为开关电源。与线性电源相比，他们能提供更大的效率，因为开关可以低损耗地控制能量：当开关关闭时，它会阻止电压和电流的流动，在两种状态中均比较低。同时，开关电源的尺寸较小，重量较轻，从而减少了无源元件的尺寸，降低了热量的产生。小型化倾向的行业，随着半导体技术的发展进步，同时各种能量效率的控制使得“开关” 得到了全方位的应用，在压力-状态-响应中占主导地位。大部分的切换开关早就了今天包括PFC前端末端在内的交流输入的应用。
电源供应器出现在70年代中期。我们把这些定义为开关模式产品。开关电源的设计采用了安森美半导体元件，因此直接的称之为开关电源或SMPS。
一情况下，开关电源根据输入和输出波形可分为四种类型：
交流输入，直流输出：整流器，离线转换器输入级
直流输入，直流输出：电压转换器，或电流转换器，或直流到直流转换器
交流输入，交流输出：变频器，交交变频，变压器
直流输入，交流输出：逆变器
多年来，电源设计的世界见证了从线性电源的应用逐步走向更实用的开关模式电源(SMPS)的发展过程。线性电源包含一个电源变压器和耗散系列稳压器。这意味着供应器有着非常大且沉重的50/60赫兹变压器，同时，能量转换效率非常的低，两者都是严重的缺陷。30％的典型效率是线性的标准关系。相比较70％至80％的效率，目前可使用开关电源设计。
此外，通过采用高开关频率，电力变压器的大小和开关电源中相关的滤波组件大大减少了比较线性。例如，一个开关电源在20 kHz的条件下工作，所产生的元件尺寸减少了4倍，使得增加了约8倍，在100千赫或者以上。这意味着开关电源的设计可以产生非常紧凑和轻重量的供应。这是现在大部分电子系统的基本要求。供应必须插入到电子系统设计师为它留下的不断缩小的空间。
转换器的核心是高频逆变器部分，高频逆变器的输入电源在极高的频率下切换(使用现有技术20 to 200kHz)，然后过滤，产生平滑的直流输出。可以决定如何转移能量的电路结构被称为开关电源拓扑结构，这是设计过程中极其重要的组成部分。拓扑的组成包括一个变压器，电感，电容和功率半导体元件。
规律的输出提供了一个稳定的在控制/反馈块进行的直流电源。一般而言，大多数开关电源系统运行在固定频率的脉冲宽度调制的基础上，电源开关驱动器的时间范围在一个循环周期的基础上是不尽相同的。这个办法弥补了输入电源和输出负载产生的变化。把输出电压与准确的参考供应进行比较，由比较所产生的误差电压，可使用专门的控制逻辑来终止在正确实例中主电源开关的驱动器脉冲。正确的设计，将能提供一个非常稳定的AC输出供应。
在大多数应用中，开关电源拓扑结构包含一个电源变压器。电源变压器提供隔离，电压通过转率缩放，并能提供多种输出电压。当然，也有非隔离拓扑(没有变压器)，例如降压和升压转换器，功率处理通过感性能量的单独转移达到。所有更复杂的安排，都是以这些非隔离类型作为基础的。
自从我们引进双极功率晶体管和专门设计的开关整流器以来，安森美半导体一直是开关电源的半导体产品的主要供应商。
高效的电力转换正逐渐成为公司乃至整个社会首要关注的话题。开关电源不仅提供更高的效率，并为设计者提供了更大的灵活性。半导体的最新发展，磁和无源技术，使得开关电源在如今的电源转换舞台上日益成为更加普遍的选择。
历史上，线性稳压器是产生稳定输出电压的主要方法。通过线性控制针对其负载变化的一系列功率器件的导电，从而减少较高的输入电压降低到较低的输出电压，进而使得线性稳压器得以运行。这导致一个大的电压被放置在整个传递单位，同时伴随着负载电流流过传递单位。这种余量亏损导致线性稳压器只有百分之三十至五十的效率。这意味着每传递给负载一瓦功率，至少每瓦在热上都有消退。散热器的成本实际上使线性稳压器在10瓦以上的小型应用中变得不经济。下面这一点，然而，它们在降压应用中符合成本效益。开关稳压器作用于电源设备整版和截止的状态。这就导致了，当大的电流流过电源设备时“接通”电压低，或者当没有电流流过时，有大的电压通过设备。这导致了在供应上消耗了更低的动力。无论输入电压，开关电源的显示平均效率在百分之七十到百分之九十之间。更高的集成度迫使开关电源的费用下降，使之在输出功率高于10瓦或期望得到多重输出的场合成为具有吸引力的选择。
拓扑是功率器件和他们的磁性元件的排列。每个拓扑在某些应用上有它自身的优点。决定着一个特定的拓扑
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